放射線治療装置制御装置、その処理方法、及びプログラム
【課題】生体内で移動する患部を追尾する精度を向上できる放射線治療装置制御装置を提供する。
【解決手段】呼吸位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、患部を写すＣＴ画像データを複数の呼吸位相について選択し、更新対象のＣＴ画像データを用いて呼吸位相に応じた再構成画像を線源及びセンサアレイの回転角度ごとに生成する。回転角度が所定の回転角度である場合に放射線を照射した際の患部を写す放射線投影画像を生成し、複数の呼吸位相ごとの再構成画像と放射線投影画像とを比較して差分が少ない再構成画像が示す呼吸位相を、現在の呼吸位相と判定し、当該呼吸位相のＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データにおいて予め算出されている患部の位置を、現在の前記患部の位置と特定する。
【解決手段】呼吸位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、患部を写すＣＴ画像データを複数の呼吸位相について選択し、更新対象のＣＴ画像データを用いて呼吸位相に応じた再構成画像を線源及びセンサアレイの回転角度ごとに生成する。回転角度が所定の回転角度である場合に放射線を照射した際の患部を写す放射線投影画像を生成し、複数の呼吸位相ごとの再構成画像と放射線投影画像とを比較して差分が少ない再構成画像が示す呼吸位相を、現在の呼吸位相と判定し、当該呼吸位相のＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データにおいて予め算出されている患部の位置を、現在の前記患部の位置と特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内の患部の位置を追尾する放射線治療装置制御装置、その処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療装置制御装置では、ＣＴ画像（コンピュータトモグラフィ画像）に表示された患部（腫瘍）の位置に基づいて生体内の放射線照射位置を特定し、当該位置を放射線治療装置へ送出する。これにより、放射線治療装置は放射線治療装置制御装置より受信した放射線照射位置に基づいて生体内の患部へ放射線を照射し治療を行う。ここで、生体内の腫瘍などの患部の位置は呼吸等の影響によって変動する。このため、患部の照射位置への放射線の照射精度を高めるには、生体内において変動する患部の位置を精度良く追尾することが必要となる。特許文献１には放射線投影画像（透過画像）中で患部領域を指定し、その患部領域に基づいて放射線を照射する技術が記載されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１２６３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放射線投影画像（透過画像）中においては患部の鮮明度が低く当該患部の位置を特定しにくい可能性もあり、生体内で変動する患部を追尾する精度の向上が望まれていた。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる放射線治療装置制御装置及びその処理方法とプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置であって、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択部と、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成部と、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定部と、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理部と、を備えることを特徴とする放射線治療装置制御装置である。
【０００６】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記放射線投影画像生成部は、複数の前記所定の回転角度についての放射線投影画像を生成し、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の差分の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の全画素の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の画素のうち、体動位相が変化した際に輝度変化の大きい画素範囲の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、体動位相ごとに予め生成されたＣＴ画像データ群の中から、設定された体動位相のＣＴ画像データを、更新対象のＣＴ画像データとして選択し、前記回転角度それぞれに応じた放射線投影画像を生成し、当該放射線投影画像とこの放射線投影画像の生成時に前記線源及び前記センサアレイを回転させた際の回転角度と前記放射線投影画像の生成時の体動位相とを対応付けて記録し、前記放射線投影画像の生成時の前記回転角度を検出し、前記更新対象のＣＴ画像データを、前記検出した回転角度で前記線源側から前記センサアレイ側に投影した場合の再構成画像を生成し、前記放射線投影画像の各画素と前記生成した再構成画像の各画素とを比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報を生成し、前記線源と前記センサアレイの検出素子とを結ぶ直線上の画素を、前記更新対象のＣＴ画像データにおいて特定し、当該特定した画素の輝度値における変化のしやすさと前記差分情報に基づいて、輝度更新量候補値を当該特定した画素それぞれについて算出するとともに、対象とする体動位相に対応する複数の前記回転角度について算出した当該特定した画素それぞれの前記輝度更新量候補値を用いて、当該特定した画素それぞれの輝度更新量を算出し、前記特定した画素それぞれの輝度更新量を用いて、前記更新対象のＣＴ画像データの対応する各画素の輝度値を更新することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置の処理方法であって、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択し、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成し、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成し、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定し、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定することを特徴とする処理方法である。
【００１１】
また本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータを、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択手段、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成手段、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成手段、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定手段、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逐次生成した放射線投影画像と、ＣＴ画像データから生成したＤＲＲ画像とを用いて現在の呼吸位相を逐次特定し、当該特定した呼吸位相に応じたＣＴ画像について予め特定されている患部位置を、現在の患部位置と特定するので、生体内で移動する患部を追尾する精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】放射線治療装置の構成を示す図である。
【図２】放射線治療装置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】放射線治療装置制御装置の処理フローを示す図である。
【図４】差分情報生成処理の概要を示す図である。
【図５】画素の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の概要を示す図である。
【図６】輝度更新量の算出処理の概要を示す図である。
【図７】患部追尾処理時の処理フローを示す図である。
【図８】患部追尾処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態による放射線治療装置制御装置、及び当該放射線治療装置制御装置によって制御される放射線治療装置について説明する。
本発明では、呼吸、心拍などの周期的な体動運動の体動位相毎にＣＴ画像データを作成することを前提としているが、簡易化のため、以下の説明では体動運動として呼吸位相のみを対象とした説明を行う。
まず、制御対象である放射線治療装置の概要について説明する。図１は、放射線治療装置を示している。
この図で示すように放射線治療装置３は、旋回駆動装置１１とＯリング１２と走行ガントリ１４と首振り機構１５と治療用放射線照射装置１６とを備えている。旋回駆動装置１１は、回転軸１７を中心に回転可能にＯリング１２を土台に支持し、放射線治療装置制御装置１により制御されて回転軸１７を中心にＯリング１２を回転させる。回転軸１７は、鉛直方向に平行である。Ｏリング１２は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、回転軸１８を中心に回転可能に走行ガントリ１４を支持している。回転軸１８は、鉛直方向に垂直であり、回転軸１７に含まれるアイソセンタ１９を通る。回転軸１８は、さらに、Ｏリング１２に対して固定され、すなわち、Ｏリング１２とともに回転軸１７を中心に回転する。走行ガントリ１４は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、Ｏリング１２のリングと同心円になるように配置されている。放射線治療装置３は、さらに、図示されていない走行駆動装置を備えている。その走行駆動装置は、放射線治療装置制御装置１により制御されて回転軸１８を中心に走行ガントリ１４を回転させる。
【００１５】
治療用放射線照射装置１６は、走行ガントリ１４の内側に配置されている。治療用放射線照射装置１６は、放射線治療装置制御装置１により制御されて、治療用放射線２３を照射する。
【００１６】
首振り機構１５は、走行ガントリ１４のリングの内側に固定され、治療用放射線照射装置１６を走行ガントリ１４に支持している。首振り機構１５は、パン軸２１およびチルト軸２２を有している。パン軸２１は、走行ガントリ１４に対して固定され、回転軸１８に交差しないで回転軸１８に平行である。チルト軸２２は、走行ガントリ１４に対して固定され、パン軸２１に直交している。首振り機構１５は、放射線治療装置制御装置１により制御されて、パン軸２１を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させ、チルト軸２２を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させる。
【００１７】
治療用放射線２３は、このように治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４に支持されることにより、首振り機構１５で治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９に向かうように一旦調整されると、旋回駆動装置１１によりＯリング１２が回転し、または、その走行駆動装置により走行ガントリ１４が回転しても、常に概ねアイソセンタ１９を通る。即ち、走行・旋回を行うことで任意方向からアイソセンタ１９に向けて治療用放射線２３の照射が可能になる。なお、治療用放射線照射装置１６などは重量物であるため走行・旋回に応じてＯリング自身に機械的変形を生じる場合がある。また、患部がアイソセンタに必ずしも一致しない場合もある。この場合、旋回・走行の設定に引き続き、再度首振り機構１５により治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９または患部に向かうように調整することも可能である。
【００１８】
放射線治療装置３は、さらに、複数のイメージャシステムを備えている。すなわち、放射線治療装置３は、診断用Ｘ線源２４、２５とセンサアレイ３２、３３とを備えている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２４は、放射線治療装置制御装置１により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３５を照射する。診断用Ｘ線３５は、診断用Ｘ線源２４が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２５は、放射線治療装置制御装置１により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３６を照射する。診断用Ｘ線３６は、診断用Ｘ線源２５が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。
【００１９】
センサアレイ３２は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３２は、診断用Ｘ線源２４により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３５を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３３は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３３は、診断用Ｘ線源２５により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３６を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３２、３３としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。
【００２０】
このようなイメージャシステムによれば、センサアレイ３２、３３により得た画像信号に基づき、アイソセンタ１９を中心とする放射線投影画像を生成することができる。
【００２１】
放射線治療装置３は、さらに、センサアレイ３１を備えている。センサアレイ３１は、センサアレイ３１と治療用放射線照射装置１６とを結ぶ線分がアイソセンタ１９を通るように配置されて、走行ガントリ１４のリングの内側に固定されている。センサアレイ３１は、治療用放射線照射装置１６により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した治療用放射線２３を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３１としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。
診断用Ｘ線源２４とセンサアレイ３２、診断用Ｘ線源２５とセンサアレイ３３、及び治療用放射線照射装置１６とセンサアレイ３１は、それぞれ、走行ガントリ１４をＯリング１２に沿って走行させると、互いの位置関係を保ちつつ、アイソセンタ１９を通る回転軸１８回りに回転させることができる。以下において、所定の位置を基準とした、走行ガントリ１４、並びに、診断用Ｘ線源２４、２５、治療用放射線照射装置１６及びセンサアレイ３１〜３３の回転軸１８回りの回転角度を、単に回転角度と称する。
【００２２】
放射線治療装置３は、さらに、カウチ４１とカウチ駆動装置４２とを備えている。カウチ４１は、治療される患者４３が横臥することに利用される。カウチ４１は、図示されていない固定具を備えている。その固定具は、その患者が動かないように、その患者をカウチ４１に固定する。カウチ駆動装置４２は、カウチ４１を土台に支持し、放射線治療装置制御装置１により制御されてカウチ４１を移動させる。
また、放射線治療装置３は、図示しない赤外線カメラを備えており、赤外線カメラによって生体に取付けられた赤外線マーカの動きを検出する。赤外線マーカは、生体における呼吸の周期及び位相と対応する周期及び位相で周期的な動きをする。放射線治療装置３は、放射線治療装置制御装置１の制御によって生体に放射線を照射する際に、検出された赤外線マーカの動きから、当該マーカの周期的な動きにおける位相を抽出し、抽出した位相のデータを呼吸位相に係る情報として放射線治療装置制御装置１へ通知する。そして、放射線治療装置制御装置１は、初期設定ＣＴ画像データ群、異なる呼吸位相、複数の回転角度による放射線投影画像に基づいて、ＣＴ画像データを生成する。
【００２３】
図２は同実施形態による放射線治療装置制御装置の構成を示すブロック図である。
図２において、符号１は、線源と当該線源に対向する位置に配されたセンサアレイとの間に配置された生体へ、線源から照射軸に沿って放射線を照射して生体の患部を治療する放射線治療装置３を制御する放射線治療装置制御装置である。
ここで線源とは、診断用Ｘ線源または治療用放射線照射装置を意味する。
図２に示すように、放射線治療装置制御装置１は、ＣＴ画像選択部１０２、再構成画像生成部１０３、放射線投影画像生成部１０４、呼吸位相判定部１０５、患部追尾処理部１０６、ＣＴ画像更新部１０７、及び患部位置算出部１０９の各処理部と、各処理部を制御する制御部１０１と、各処理部での処理に利用される情報を記憶するデータベース１０８と、を備えている。
【００２４】
ＣＴ画像選択部１０２は、ＣＴ画像更新部１０７の処理により、更新処理された複数の呼吸位相それぞれについてのＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを選択する処理部である。
再構成画像生成部１０３は、ＣＴ画像データを用いて呼吸位相に応じた再構成画像を複数の前記回転角度ごとに生成する処理部である。
放射線投影画像生成部１０４は、所定の回転角度で線源からセンサアレイ側に放射線を照射した際の患部を写す放射線投影画像を生成する処理部である。
【００２５】
呼吸位相判定部１０５は、複数の呼吸位相ごとの再構成画像と、生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像が示す呼吸位相を、現在の生体の呼吸位相と判定する処理部である。
患部追尾処理部１０６は、時間の経過に従って逐次に生成された放射線投影画像に基づいて判定された呼吸位相の、ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データにおいて予め算出されている患部の位置を、現在の前記患部の位置と判定する処理部である。
ＣＴ画像更新部１０７は、予め生成されてデータベース１０８に記録されている呼吸位相毎の初期設定ＣＴ画像データ群を用いて、更新処理を行い、呼吸位相毎のＣＴ画像データ群（再構成ＣＴ画像データ群）を作成する処理部である。予め生成されてデータベース１０８に記録されている初期設定ＣＴ画像データ群は、他の装置で事前に生成されたものであってもよいし、放射線治療装置制御装置１で事前に生成したものであってもよい。
患部位置算出部１０９は、ＣＴ画像更新部１０７によって更新されたＣＴ画像データにおいて患部の位置を算出する処理部である。
このような処理部やデータベースを備えることにより、本実施形態の放射線治療装置制御装置１は、生体内で移動する患部を精度良く追尾する制御を放射線治療装置に対して行う。
【００２６】
次に、放射線治療装置３を制御する放射線治療装置制御装置１の処理フローについて順を追って説明する。図３は放射線治療装置制御装置の処理フローを示す図である。
以下においては、放射線投影画像は、診断用Ｘ線源２４がセンサアレイ３２へ向けて照射した放射線により生成された放射線投影画像であるものとする。なお、本発明は、他の対向した線源とセンサアレイを用いても同様に成立する。
本処理フローの事前に、体動運動で殆ど移動しない脊髄などの位置に基づいて、初期設定ＣＴ画像データと、当該初期設定ＣＴ画像データに更新処理を行った後の再構成ＣＴ画像データの座標を位置合わせておく。
まず、放射線治療装置制御装置１は、予めデータベース１０８に記録されているＣＴ画像データ群の更新処理を行う。当該更新処理においては、ＣＴ画像更新部１０７は、放射線治療装置３に対して患部位置を含む放射線投影画像の撮影を指示する。
すると、診断用Ｘ線源２４が生体へ放射線を照射し、放射線治療装置制御装置１は、センサアレイ３２で検出した信号や、図示しない赤外線センサで取得した赤外線マーカの周期的な動きにおける位相のデータを受信する。上記のとおり、赤外線マーカの周期的な動きの周期及び位相は、呼吸の周期及び位相と対応しており、赤外線マーカの動きに基づいて算出された呼吸位相を利用して、以下に示すように呼吸位相毎のＣＴ画像を作成する。
【００２７】
そして、ＣＴ画像更新部１０７は、回転角度Ａｎ（ｎ＝１…ｎ）のうちの、１つ目の回転角度に応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像を生成する。ＣＴ画像更新部１０７は、当該生成した放射線投影画像について、回転角度と、放射線を照射した際に赤外線センサで取得された位相のデータから抽出される呼吸位相に係る情報と対応付けて、データベース１０８に記録する（ステップＳ１０１）。
【００２８】
ＣＴ画像更新部１０７では、複数の呼吸位相において、再構成ＣＴ画像データを作成するが、以下においては、１つの呼吸位相(以下、呼吸位相ｐ１と呼ぶ。)における処理を説明する。
また、ＣＴ画像更新部１０７では、ＣＴ画像データを更新するが、初期値として設定されているＣＴ画像データを初期設定ＣＴ画像データと呼び、更新処理によって求めるべきＣＴ画像データまたは当該求めるべきＣＴ画像データを算出する過程のＣＴ画像データを再構成ＣＴ画像データと呼ぶ。
【００２９】
ＣＴ画像更新部１０７は、設定された呼吸位相ｐ１をメモリより読み取る。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、データベース１０８に記録されている初期設定ＣＴ画像データ群の中から、設定された呼吸位相ｐ１に最も近い呼吸位相ｐ１’に対応付けられて記録されているＣＴ画像データＤ１（初期設定ＣＴ画像データ、または再構成ＣＴ画像データ）を選択する（ステップＳ１０３）。その後、データベース１０８に記録された(放射線投影画像、回転角度、呼吸位相)の組み合わせデータのうち、呼吸位相ｐ１に対応付けられて記録されている放射線投影画像と回転角度(回転角度Ａ１)を読み出す（ステップＳ１０４）。
【００３０】
図４は差分情報生成処理の概要を示す図である。
図４において、放射線投影画像Ｅが、ＣＴ画像更新部１０７によって特定された回転角度Ａ１に対応する放射線投影画像を示している。
以下、放射線投影画像Ｅを、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と記載する。
【００３１】
次にＣＴ画像更新部１０７は、選択した再構成ＣＴ画像データを用いて再構成画像を生成する（ステップＳ１０５）。このとき、ＣＴ画像更新部１０７は、回転角度がＡ１で診断用Ｘ線源２４から放射線を投影したと仮定した場合の再構成画像を生成する。
【００３２】
当該再構成画像の生成概要を図４で示している。再構成画像は、例えばＤＲＲ（Digital Reconstructed Radiography）画像を示す。以下、再構成画像をＤＲＲ画像Ｆと呼ぶ。また、ステップＳ１０５によって生成したＤＲＲ画像Ｆを、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と記載する。ＤＲＲ画像Ｆの生成方法は公知の技術である。そして、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）が生成されると、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１の放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と、生成されたＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の各画素を比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１の場合の差分情報）を生成する（ステップＳ１０６）。
【００３３】
より具体的には、差分情報Ｉｓ（ｘ，ｙ）は、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の輝度値をＩｋ（ｘ，ｙ）とし、ＤＲＲ画像の輝度値をＩｄ（ｘ，ｙ）とすると（ｘ，ｙはそれぞれの画像の画素の原点からのｘ座標、ｙ座標で示される位置を示す）、
Ｉｓ（ｘ，ｙ）＝Ｉｄ（ｘ，ｙ）−Ｉｋ（ｘ，ｙ）
により表すことができる。つまり差分情報は、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）とＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の各画素の輝度値の差分を示す情報である。ここで、Ｉｓ（ｘ，ｙ）≠０の場合には、当該座標（ｘ，ｙ）で示される画素に対応するセンサアレイ３２の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上において、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１、回転角度Ａ１）を生成する元となる実際の生体内の情報と、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１、回転角度Ａ１）を生成する元となる再構成ＣＴ画像データとで異なっていることを示している。そして、ＣＴ画像更新部１０７は差分情報を生成するとデータベース１０８に当該差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）を登録する。
【００３４】
差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）が生成されると、ＣＴ画像更新部１０７は、更新対象の再構成ＣＴ画像データＤ１（ＣＴ画像のうちＤＲＲ画像の作成に利用したもの）を読み込む。またＣＴ画像更新部１０７は、差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）を読み込んで、当該差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）においてＩｓ（ｘ，ｙ）≠０である画素ｚを特定する。次に、ＣＴ画像更新部１０７は、再構成ＣＴ画像データＤ１において、当該画素ｚに対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分を表す各画素ｇを特定する（ステップＳ１０７）。またＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１’（前述の、初期設定ＣＴ画像データ群の中で、呼吸位相ｐ１に最も近い呼吸位相）の初期設定ＣＴ画像Ｄ１’をデータベース１０８から読み取る。また輝度更新量算出部１０7は、当該特定した更新対象のＣＴ画像Ｄ１が示す呼吸位相ｐ１’よりも小さい値となる範囲で最も近傍の呼吸位相ｐ２’である初期設定ＣＴ画像Ｄ２’をデータベース１０８から読み取る。さらに輝度更新量算出部１０7は、更新対象のＣＴ画像Ｄ１が示す呼吸位相ｐ１’よりも大きい値となる範囲で最も近傍の呼吸位相ｐ３’である初期設定ＣＴ画像Ｄ３’をデータベース１１１から読み取る。上記のとおり、呼吸位相ｐ２’、ｐ３’は、呼吸位相ｐ１’よりも大小それぞれの範囲における最も近傍の呼吸位相であるから、ＣＴ画像Ｄ２’，Ｄ１’，Ｄ３’は、初期設定ＣＴ画像データ群において連続する３つの呼吸位相に対応する初期設定ＣＴ画像である。
【００３５】
図５は画素の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の概要を示す図である。
図５で示すように、ＣＴ画像更新部１０７は、特定した初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の各画素ｇのうちの１つの画素ｇ１と、初期設定ＣＴ画像Ｄ２’（呼吸位相ｐ２’）における画素ｇ１に対応する画素ｇ１ａとの輝度差の絶対値ｄ１を算出する。また、ＣＴ画像更新部１０７は、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の１つの画素ｇ１と、初期設定ＣＴ画像Ｄ３’（呼吸位相ｐ３’）における画素ｇ１に対応する画素ｇ１ｂの輝度差の絶対値ｄ２を算出する。そしてＣＴ画像更新部１０７は、それら絶対値ｄ１と絶対値ｄ２のうち、大きい値を、当該画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）として特定する（ステップＳ１０８）。
【００３６】
ここで、直線Ｌを、Ｌ（ｔ）＝（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とし、ｔを、０＜ｔ＜１と定義する。
また、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１の輝度値を、Ｄ１’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
同様に、初期設定ＣＴ画像Ｄ２’（呼吸位相ｐ２’）の画素ｇ１ａの輝度値を、Ｄ２’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
同様に、初期設定ＣＴ画像Ｄ３’（呼吸位相ｐ３’）の画素ｇ１ｂの輝度値を、Ｄ２’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
すると、変化量Ｓ（ｔ）は、下記式（１）により表すことができる。ここで、ｍａｘは引数のうち、最大値をとる関数、ａｂｓは引数の絶対値をとる関数である。このＳ（ｔ）が再構成ＣＴ画像データ中の画素の輝度値の変化のしやすさであり、ここでは、呼吸位相が変化した際の輝度の変化量を輝度の変化のしやすさとみなしている。
【００３７】
【数１】
【００３８】
以上の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理とする。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、当該画素ｚに対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分を表すものとして特定される複数の画素ｇにおいて同様の算出処理を行う。なお、解像度を向上させるためには、本算出処理は全ての画素に対して行うことが望ましい。以下は全ての画素において同様の算出処理を行う場合を想定して示す。
以上の説明では、呼吸位相ｐ２’及び呼吸位相ｐ３’の両方を使用しているが、どちらか一方のみを使用しても良い。
ところで、ＣＴ画像更新部１０７は、第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理に代えて、以下の第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理、または第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を用いることによって変化量Ｓ（ｔ）を算出するようにしてもよい。
【００３９】
（第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理）
当該第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理においては、ＣＴ画像更新部１０７は差分情報を読み込んで、当該差分情報においてＩｓ（ｘ，ｙ）≠０である画素を特定する。そして、当該画素に対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分と対応する各画素ｇ１を、更新対象の再構成ＣＴ画像データＤ１において特定する。ここまでの処理は第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理と同じである。また、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１’の初期設定ＣＴ画像Ｄ１’をデータベース１０８から読み取る。また、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相がｐ１と異なる回転角度で生成された放射線投影画像も含め、回転角度が異なる複数の放射線投影画像をデータベース１０８から読み取る。そして、それら複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用して、ＣＴ画像Ｄ４を生成する。当該複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用したＣＴ画像の生成処理は公知の技術である。
【００４０】
そして、ＣＴ画像更新部１０７は、データベース１０８から読み取った初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１と、複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用して生成したＣＴ画像Ｄ４において画素ｇ１に対応する画素ｇ１ｃとの輝度差の絶対値を、当該画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）として特定する。そして、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１の輝度値をＤ１’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））、ＣＴ画像Ｄ４の画素ｇ１ｃの輝度値をＤ４（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とすると、変化量Ｓ（ｔ）を、下記式（２）により算出することができる。
【００４１】
【数２】
【００４２】
（第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理）
当該第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理においては、まず、上記第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理、及び第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を行う。そして、第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の結果Ｓａ（ｔ）と、第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の結果Ｓｂ（ｔ）とを用いて、
Ｓ（ｔ）＝αＳａ（ｔ）＋βＳｂ（ｔ）
の式により画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）を算出する。αおよびβは係数であり、例えばα＝０．５、β＝０．５として算出する。
【００４３】
図６は輝度更新量の算出処理の概要を示す図である。
図６（ａ）に示すように、第１〜第３の何れかの変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を終了すると、ＣＴ画像更新部１０７は、全ての画素ｇについて算出した変化量Ｓ（ｔ）の総和（ΣＳ（ｔ））を算出する。さらに、ＣＴ画像更新部１０７は、その変化量Ｓ（ｔ）の総和に対して、直線Ｌ上のある部分と対応する１つの画素ｇ１について算出した変化量Ｓ（ｔ）の割合（Ｓ（ｔ）÷ΣＳ（ｔ））を算出する。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、当該Ｓ（ｔ）の割合に、画素ｚについて算出された差分情報で示される輝度差Ｉｓを乗じる。このようにして、当該画素ｚについて算出された輝度差で示される差分の情報を、ＣＴ画像Ｄ１の直線Ｌ上であると推定された部分と対応する１つの画素ｇ１に配分した値となる輝度更新量候補値を算出する。この輝度更新量候補値をＲ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。この処理を直線Ｌ上の全ての画素gについて行なう（ステップＳ１０９）。
【００４４】
輝度更新量候補値の処理を終了すると、ＣＴ画像更新部１０７は、センサアレイ３２上の全ての放射線検出素子（画素）について輝度更新量候補値を算出したかを判定し（ステップＳ１１０）、算出していない場合には、上記ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９の処理を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１１０においてＹｅｓの場合には、ＣＴ画像更新部１０７は、対象となる呼吸位相ｐ１に対応付けられデータベース１０８に記録されている全ての回転角度についての処理を行ったかを判定する（ステップＳ１１１）。ＣＴ画像更新部１０７は、対象となる呼吸位相ｐ１に対応付けられデータベース１０８に記録されている全ての回転角度についての処理を行っていない場合には、回転角度Ａ１を変更して、次の回転角度Ａ２を設定して、当該回転角度Ａ２の放射線投影画像を用いた上述のステップＳ１０３〜ステップＳ１１０の処理の開始を指示し、回転角度Ａｎまでこれを繰り返す。以上の処理により、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１〜Ａｎの複数の差分情報と、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１〜Ａｎの組合せごとの再構成ＣＴ画像データＤ１内の画素の輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）がデータベース１０８に記録されることとなる。
【００４６】
次に、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１について、回転角度Ａ１〜Ａｎごとに算出した、再構成ＣＴ画像データＤ１内の各画素についての輝度更新量候補値を用いて、再構成ＣＴ画像データＤ１における、輝度更新量候補値が算出された各画素の輝度更新量を算出する（ステップＳ１１２）。
【００４７】
より具体的には、図６（ｂ）で示すように、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１の再構成ＣＴ画像データＤ１内の画素について、回転角度Ａ１〜Ａｎごとに算出された輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）の平均を、輝度更新量として算出する。
【００４８】
または、ＣＴ画像更新部１０７は、ステップＳ１１１の判定に基づいて回転角度Ａ１〜Ａｎの繰り返しの処理ごとにステップＳ１０１で生成した放射線投影画像が異なる呼吸位相のタイミングで生成されている場合には、再構成ＣＴ画像データＤ１が示す呼吸位相に最も近い呼吸位相のタイミングで生成された放射線投影画像を用いてステップＳ１０２〜ステップＳ１０９の処理が行われた場合の輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）の重みが最も重くなるようにして重み付けを行って、輝度更新量を算出するようにしてもよい。例えば、再構成ＣＴ画像データＤ１が示す呼吸位相をｐ、回転角度Ａｉ、呼吸位相がｐｉの放射線投影画像を利用して算出した輝度更新量候補値をＲｉとすると、再構成ＣＴ画像データＤ１内の輝度更新量候補値が算出された画素ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の輝度更新量Ｄを、
【００４９】
【数３】
【００５０】
により算出する。ここで式（３）におけるΩは、Ω＝Σωｉを示しており、たとえば、ωｉは
【００５１】
【数４】
【００５２】
である。
ＣＴ画像更新部１０７は、再構成ＣＴ画像データＤ１内の輝度更新量候補値が算出された各画素について算出した輝度更新量Ｄを、対象となる呼吸位相ｐ１の再構成ＣＴ画像データＤ１内の対応する画素の値に加算して、当該再構成ＣＴ画像データＤ１の各画素の値を更新する（ステップＳ１１３）。次に、ＣＴ画像更新部１０７は、更新処理後の再構成ＣＴ画像データＤ１と、更新前の再構成ＣＴ画像データＤ１’とを比較する。この比較処理においては、更新処理後の再構成ＣＴ画像データＤ１のある画素と、当該ある画素に対応する更新前の再構成ＣＴ画像データＤ１’の画素の輝度差を、全ての対応する画素について算出し、その総和が閾値未満かを判定する（ステップＳ１１４）。そして、閾値未満であれば、ＣＴ画像更新部１０７は、当該更新処理後のＣＴ画像Ｄ１により処理終了と判定する。閾値以上である場合には、ＣＴ画像更新部１０７は、ステップＳ１０４からの処理を繰り返す。繰り返しの処理においては、更新処理後の再構成ＣＴ画像データが利用されることとなる。
【００５３】
また、ステップＳ１１４において、閾値未満である場合には、ステップＳ１０２〜ステップＳ１１４の処理を再構成ＣＴ画像データ作成対象である全ての呼吸位相ｐｍ（ｍ＝１…ｍ）について行ったかを判定し（ステップＳ１１５）、行っていない場合には、他の呼吸位相についてステップＳ１０１〜ステップＳ１１４の処理を行う。これにより、再構成ＣＴ画像データ作成対象である全ての呼吸位相ｐｍについての再構成ＣＴ画像データの更新処理が終了する。
【００５４】
ここで、上述のＣＴ画像の更新処理によれば、事前に作成され、データベース１０８に記録されたＣＴ画像データ群(初期設定ＣＴ画像データ群)を用いてデータを更新する処理を行っているため、新たに生成した放射線投影画像を用いて、上述の更新処理を行うだけで、短時間で画質のよいＣＴ画像を得ることができる。そして、この画質のよいＣＴ画像を用いて、患部の追尾処理を行うことによって、精度高く患部位置へ放射線を照射することができるようになる。
【００５５】
また、上述の処理によれば、輝度更新量候補値が算出された各画素についてのみ輝度更新量を算出し、当該輝度更新量によりＣＴ画像の更新処理を行っているため、輝度更新量候補値が算出されない画素については更新処理を行う必要がない。従って、更新処理を行わない画素分だけ、更新処理を完了するまでの時間を短縮することができる。
【００５６】
図７は患部追尾処理時の処理フローを示す図である。
図８は患部追尾処理の概要を示す図である。
ＣＴ画像データ群の更新処理が終了すると（ステップＳ２０１）、ユーザは、任意の呼吸位相または全ての呼吸位相について更新処理されたＣＴ画像において患部の範囲を特定する。当該患部のＣＴ画像中の範囲の情報は、データベース１０８にＣＴ画像の識別情報に対応付けられて登録される。そしてユーザは、患部位置の特定完了を、放射線治療装置制御装置１へ入力する。なお、任意の呼吸位相について更新処理されたＣＴ画像のみ、患部の範囲の情報がユーザによって特定された場合には、当該患部位置の特定完了の入力を検出した患部位置算出部１０９は、患部の範囲が特定されていない他の呼吸位相のＣＴ画像において患部の範囲を特定する。そして患部の範囲が特定されたＣＴ画像中の当該患部の範囲の中心の座標の情報を、ＣＴ画像の識別情報に対応付けてデータベース１０８へ登録する。ユーザによって患部の範囲が特定されていない呼吸位相における患部の特定処理では、患部位置算出部１０９は、ユーザにより選択された患部範囲の画素データをＣＴ画像中から読取り、当該画素データと類似する範囲を、他の位相のＣＴ画像中において検索処理することにより、対象とする呼吸位相のＣＴ画像中の患部の範囲を特定する。そして患部位置算出部１０９は、それら特定したＣＴ画像中の患部の範囲の中心座標Ｃを、患部位置として算出する。ユーザにより選択された患部範囲Ｔの座標の輝度値をｃ（ｘ，ｙ，ｚ）（但し、（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｔ）、他の位相のＣＴ画像中の患部範囲に相当する範囲の画素の輝度値をｃ’（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、
【００５７】
【数５】
【００５８】
が最小となるような前記中心座標Ｃに対応する座標（ｐ，ｑ，ｒ）を求め、この座標（ｐ，ｑ，ｒ）をユーザが選択した患部範囲Ｔからの移動量とし、他の位相のＣＴ画像の患部範囲に相当する範囲の中心座標を患部位置として算出する。
【００５９】
次にＣＴ画像選択部１０２は、更新処理後のＣＴ画像データ群の中からＣＴ画像を、複数の呼吸位相それぞれについて選択する。そして、再構成画像生成部１０３は、更新対象となるそれら複数のＣＴ画像を用いて、選択されたＣＴ画像と同じ呼吸位相におけるＤＲＲ画像を、複数の回転角度について生成する（ステップＳ２０２）。また、再構成画像生成部１０３は、選択された全ての呼吸位相のＣＴ画像に基づいて、同様に、更新対象のＣＴ画像を読み取って、それぞれの呼吸位相のＤＲＲ画像を複数の回転角度ごとに生成する（図８（ａ）参照）。当該ＤＲＲ画像は、再構成画像生成部１０３によってデータベース１０８に記録される。そして、再構成画像生成部１０３は、ＤＲＲ画像を生成し、データベース１０８に記録する毎に、対象とする全ての呼吸位相についてのＤＲＲ画像を回転角度ごとに生成したかを判定し（ステップＳ２０３）、生成した場合には次のステップへ進む。
【００６０】
放射線治療装置制御装置１は、上述の更新処理後のＣＴ画像データ群を利用して生成された複数の回転角度ごとの呼吸位相に応じたＤＲＲ画像を用いて、患部の追尾処理を行う。そして放射線治療装置制御装置１は、当該追尾した患部に対して放射線照射を行うように放射線治療装置３を制御する。
当該患部の追尾処理において放射線投影画像生成部１０４は、ＣＴ画像データ群が生成された際と同じように、放射線治療装置３のカウチ４１上の位置に固定された生体の放射線投影画像の生成を開始する。すると、放射線投影画像生成部１０４は、放射線治療装置３に対して患部位置を含む所定の複数の回転角度の放射線投影画像の撮影を指示する。例えば、当該所定の複数の回転角度を第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊとする。ここで、当該第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊは、ステップＳ２０２において生成したＤＲＲ画像の何れかが示す回転角度に一致した値であるとする。
【００６１】
次に放射線治療装置３は、第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊにおいて生体へ放射線を照射する。また放射線治療装置制御装置１が、当該放射線の照射に基づいてセンサアレイ３２で検出した信号を受信する。そして放射線投影画像生成部１０４は、走行ガントリ１４の第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊそれぞれに応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像を生成し（ステップＳ２０４）、データベース１０８に記録する（図８（ｂ）参照）。なお、放射線治療装置制御装置１は、放射線治療が終了するまで、放射線治療装置３に対して放射線投影画像の撮影の指示を所定の時間間隔ごとに行い、放射線治療装置３から受信した情報に基づいて、所定の時間間隔ごとに放射線投影画像の生成処理を繰り返す。当該放射線投影画像は、放射線投影画像生成部１０４によってデータベース１０８に記録される。
【００６２】
第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊそれぞれに応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像の生成が完了すると、呼吸位相判定部１０５が、当該生成した放射線投影画像と、予め生成された回転角度ごとの呼吸位相に応じたＤＲＲ画像を用いて、現在の生体の呼吸位相を判定する。具体的には、まず、呼吸位相判定部１０５が、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像と、当該回転角度Ａｉの画像として生成された複数の呼吸位相の異なるＤＲＲ画像をデータベース１０８から読取る。また、呼吸位相判定部１０５は、第２回転角度Ａｊの放射線透視画像と、当該回転角度Ａｊの画像として生成された複数の呼吸位相の異なるＤＲＲ画像をデータベース１０８から読取る。そして、呼吸位相判定部１０５は、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像と当該第１回転角度Ａｉにおける呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との比較を行う。また呼吸位相判定部１０５は、第２回転角度Ａｊの放射線透視画像と当該第２回転角度Ａｊにおける呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との比較（図８（ｂ），（ｃ）参照）を行う。そして呼吸位相判定部１０５は、それら比較の処理によって、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出する（ステップＳ２０５）。
【００６３】
ここで、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像をＩｋ（ｘ，ｙ）とし、回転角度ＡｉのＤＲＲ画像のうち呼吸位相ｐのＤＲＲ画像をＩｄ（ｘ，ｙ，ｐ）とする。また第２回転角度Ａｊの放射線透視画像をＩ’ｋ（ｘ’，ｙ’）とし、回転角度ＡｊのＤＲＲ画像のうち呼吸位相ｐのＤＲＲ画像をＩ’ｄ（ｘ’，ｙ’，ｐ）とする。そして、呼吸位相判定部１０５は、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を、下記式（６）により算出する。
【００６４】
【数６】
【００６５】
また、呼吸位相判定部１０５は放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を、複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）について、式（６）を用いて算出する。そして呼吸位相判定部１０５は、各呼吸位相について算出した誤差のうち最も小さい誤差を算出した場合の呼吸位相を、現在の呼吸位相と判定する（ステップＳ２０６）。
【００６６】
上記の式（６）は、放射線透視画像とＤＲＲ画像の画像全体の画素の輝度差を、画像内の全ての画素について算出し、算出された各画素の輝度差の総和を用いて、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出している。しかしながら呼吸位相判定部１０５は、輝度差の大きい画素範囲のみの総和を用いて、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出するようにしてもよい。例えば、回転角度Ａｉを示す複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）それぞれのＤＲＲ画像を比較して、同一の位置の画素についての最大輝度と最小輝度との差が閾値Ｃ以上の画素を、輝度差の大きい画素範囲候補として特定する。そして、呼吸位相判定部１０５は、例えば、当該画素範囲候補として特定された画素の纏まりによって構成される範囲が所定の面積以上であれば、当該画素範囲候補を輝度差の大きい画素範囲Ｓに含まれると判定する。また同様に回転角度Ａｊを示す複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）それぞれのＤＲＲ画像を比較して、当該回転角度Ａｊにおける各ＤＲＲ画像の輝度差の大きい画素範囲Ｓ’を判定する。そして、式（７）により、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出する。
【００６７】
【数７】
【００６８】
以上により、放射線投影画像を生成した際の生体の呼吸位相を特定することができる。また、患部位置追尾処理部１０６は特定した呼吸位相のＣＴ画像について予め算出されている患部の座標をデータベース１０８から読取り、当該座標を患部位置として特定する（ステップＳ２０７）。また患部追尾処理部１０６は、特定した患部位置の座標を放射線治療装置３へ出力する（ステップＳ２０８）。これにより、放射線治療装置３は患部位置の座標に対応する空間座標に放射線が当たるよう制御して、放射線を照射する。そして、患部追尾処理を終了するかを判定し（ステップＳ２０９）、患部追尾処理を終了する（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２０２の処理から繰り返す。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の処理によれば、治療時に逐次生成した放射線投影画像と、ＤＲＲ画像とを用いて現在の呼吸位相を逐次特定し、当該特定した呼吸位相に応じたＣＴ画像について予め特定されている患部位置を、現在の患部位置と特定するので、生体内で移動する患部を追尾する精度の向上を図ることができる。
【００７０】
上記実施例では、放射線投影画像は放射線治療装置に具備した線源及びセンサアレイをもとに作成する場合を例に取り示した。しかし、放射線投影画像は、例えば放射線治療装置とは別に具備した診断装置（ＣＴ，ＭＲＩ）により作成したものでも構わない。
なお、上述の放射線治療装置制御や放射線治療装置は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００７１】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・放射線治療装置制御装置
３・・・放射線治療装置
１０１・・・制御部
１０２・・・ＣＴ画像選択部
１０３・・・再構成画像生成部
１０４・・・放射線投影画像生成部
１０５・・・呼吸位相判定部
１０６・・・患部追尾処理部
１０７・・・ＣＴ画像更新部
１０８・・・データベース
１０９・・・患部位置算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内の患部の位置を追尾する放射線治療装置制御装置、その処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療装置制御装置では、ＣＴ画像（コンピュータトモグラフィ画像）に表示された患部（腫瘍）の位置に基づいて生体内の放射線照射位置を特定し、当該位置を放射線治療装置へ送出する。これにより、放射線治療装置は放射線治療装置制御装置より受信した放射線照射位置に基づいて生体内の患部へ放射線を照射し治療を行う。ここで、生体内の腫瘍などの患部の位置は呼吸等の影響によって変動する。このため、患部の照射位置への放射線の照射精度を高めるには、生体内において変動する患部の位置を精度良く追尾することが必要となる。特許文献１には放射線投影画像（透過画像）中で患部領域を指定し、その患部領域に基づいて放射線を照射する技術が記載されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１２６３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放射線投影画像（透過画像）中においては患部の鮮明度が低く当該患部の位置を特定しにくい可能性もあり、生体内で変動する患部を追尾する精度の向上が望まれていた。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる放射線治療装置制御装置及びその処理方法とプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置であって、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択部と、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成部と、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定部と、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理部と、を備えることを特徴とする放射線治療装置制御装置である。
【０００６】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記放射線投影画像生成部は、複数の前記所定の回転角度についての放射線投影画像を生成し、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の差分の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の全画素の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、前記体動位相判定部は、前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の画素のうち、体動位相が変化した際に輝度変化の大きい画素範囲の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上述の放射線治療装置制御装置において、体動位相ごとに予め生成されたＣＴ画像データ群の中から、設定された体動位相のＣＴ画像データを、更新対象のＣＴ画像データとして選択し、前記回転角度それぞれに応じた放射線投影画像を生成し、当該放射線投影画像とこの放射線投影画像の生成時に前記線源及び前記センサアレイを回転させた際の回転角度と前記放射線投影画像の生成時の体動位相とを対応付けて記録し、前記放射線投影画像の生成時の前記回転角度を検出し、前記更新対象のＣＴ画像データを、前記検出した回転角度で前記線源側から前記センサアレイ側に投影した場合の再構成画像を生成し、前記放射線投影画像の各画素と前記生成した再構成画像の各画素とを比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報を生成し、前記線源と前記センサアレイの検出素子とを結ぶ直線上の画素を、前記更新対象のＣＴ画像データにおいて特定し、当該特定した画素の輝度値における変化のしやすさと前記差分情報に基づいて、輝度更新量候補値を当該特定した画素それぞれについて算出するとともに、対象とする体動位相に対応する複数の前記回転角度について算出した当該特定した画素それぞれの前記輝度更新量候補値を用いて、当該特定した画素それぞれの輝度更新量を算出し、前記特定した画素それぞれの輝度更新量を用いて、前記更新対象のＣＴ画像データの対応する各画素の輝度値を更新することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置の処理方法であって、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択し、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成し、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成し、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定し、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定することを特徴とする処理方法である。
【００１１】
また本発明は、線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータを、前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択手段、前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成手段、前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成手段、前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定手段、前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、逐次生成した放射線投影画像と、ＣＴ画像データから生成したＤＲＲ画像とを用いて現在の呼吸位相を逐次特定し、当該特定した呼吸位相に応じたＣＴ画像について予め特定されている患部位置を、現在の患部位置と特定するので、生体内で移動する患部を追尾する精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】放射線治療装置の構成を示す図である。
【図２】放射線治療装置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】放射線治療装置制御装置の処理フローを示す図である。
【図４】差分情報生成処理の概要を示す図である。
【図５】画素の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の概要を示す図である。
【図６】輝度更新量の算出処理の概要を示す図である。
【図７】患部追尾処理時の処理フローを示す図である。
【図８】患部追尾処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態による放射線治療装置制御装置、及び当該放射線治療装置制御装置によって制御される放射線治療装置について説明する。
本発明では、呼吸、心拍などの周期的な体動運動の体動位相毎にＣＴ画像データを作成することを前提としているが、簡易化のため、以下の説明では体動運動として呼吸位相のみを対象とした説明を行う。
まず、制御対象である放射線治療装置の概要について説明する。図１は、放射線治療装置を示している。
この図で示すように放射線治療装置３は、旋回駆動装置１１とＯリング１２と走行ガントリ１４と首振り機構１５と治療用放射線照射装置１６とを備えている。旋回駆動装置１１は、回転軸１７を中心に回転可能にＯリング１２を土台に支持し、放射線治療装置制御装置１により制御されて回転軸１７を中心にＯリング１２を回転させる。回転軸１７は、鉛直方向に平行である。Ｏリング１２は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、回転軸１８を中心に回転可能に走行ガントリ１４を支持している。回転軸１８は、鉛直方向に垂直であり、回転軸１７に含まれるアイソセンタ１９を通る。回転軸１８は、さらに、Ｏリング１２に対して固定され、すなわち、Ｏリング１２とともに回転軸１７を中心に回転する。走行ガントリ１４は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、Ｏリング１２のリングと同心円になるように配置されている。放射線治療装置３は、さらに、図示されていない走行駆動装置を備えている。その走行駆動装置は、放射線治療装置制御装置１により制御されて回転軸１８を中心に走行ガントリ１４を回転させる。
【００１５】
治療用放射線照射装置１６は、走行ガントリ１４の内側に配置されている。治療用放射線照射装置１６は、放射線治療装置制御装置１により制御されて、治療用放射線２３を照射する。
【００１６】
首振り機構１５は、走行ガントリ１４のリングの内側に固定され、治療用放射線照射装置１６を走行ガントリ１４に支持している。首振り機構１５は、パン軸２１およびチルト軸２２を有している。パン軸２１は、走行ガントリ１４に対して固定され、回転軸１８に交差しないで回転軸１８に平行である。チルト軸２２は、走行ガントリ１４に対して固定され、パン軸２１に直交している。首振り機構１５は、放射線治療装置制御装置１により制御されて、パン軸２１を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させ、チルト軸２２を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させる。
【００１７】
治療用放射線２３は、このように治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４に支持されることにより、首振り機構１５で治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９に向かうように一旦調整されると、旋回駆動装置１１によりＯリング１２が回転し、または、その走行駆動装置により走行ガントリ１４が回転しても、常に概ねアイソセンタ１９を通る。即ち、走行・旋回を行うことで任意方向からアイソセンタ１９に向けて治療用放射線２３の照射が可能になる。なお、治療用放射線照射装置１６などは重量物であるため走行・旋回に応じてＯリング自身に機械的変形を生じる場合がある。また、患部がアイソセンタに必ずしも一致しない場合もある。この場合、旋回・走行の設定に引き続き、再度首振り機構１５により治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９または患部に向かうように調整することも可能である。
【００１８】
放射線治療装置３は、さらに、複数のイメージャシステムを備えている。すなわち、放射線治療装置３は、診断用Ｘ線源２４、２５とセンサアレイ３２、３３とを備えている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２４は、放射線治療装置制御装置１により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３５を照射する。診断用Ｘ線３５は、診断用Ｘ線源２４が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２５は、放射線治療装置制御装置１により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３６を照射する。診断用Ｘ線３６は、診断用Ｘ線源２５が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。
【００１９】
センサアレイ３２は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３２は、診断用Ｘ線源２４により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３５を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３３は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３３は、診断用Ｘ線源２５により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３６を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３２、３３としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。
【００２０】
このようなイメージャシステムによれば、センサアレイ３２、３３により得た画像信号に基づき、アイソセンタ１９を中心とする放射線投影画像を生成することができる。
【００２１】
放射線治療装置３は、さらに、センサアレイ３１を備えている。センサアレイ３１は、センサアレイ３１と治療用放射線照射装置１６とを結ぶ線分がアイソセンタ１９を通るように配置されて、走行ガントリ１４のリングの内側に固定されている。センサアレイ３１は、治療用放射線照射装置１６により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した治療用放射線２３を受光して、その被写体の放射線投影画像を生成する。センサアレイ３１としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。
診断用Ｘ線源２４とセンサアレイ３２、診断用Ｘ線源２５とセンサアレイ３３、及び治療用放射線照射装置１６とセンサアレイ３１は、それぞれ、走行ガントリ１４をＯリング１２に沿って走行させると、互いの位置関係を保ちつつ、アイソセンタ１９を通る回転軸１８回りに回転させることができる。以下において、所定の位置を基準とした、走行ガントリ１４、並びに、診断用Ｘ線源２４、２５、治療用放射線照射装置１６及びセンサアレイ３１〜３３の回転軸１８回りの回転角度を、単に回転角度と称する。
【００２２】
放射線治療装置３は、さらに、カウチ４１とカウチ駆動装置４２とを備えている。カウチ４１は、治療される患者４３が横臥することに利用される。カウチ４１は、図示されていない固定具を備えている。その固定具は、その患者が動かないように、その患者をカウチ４１に固定する。カウチ駆動装置４２は、カウチ４１を土台に支持し、放射線治療装置制御装置１により制御されてカウチ４１を移動させる。
また、放射線治療装置３は、図示しない赤外線カメラを備えており、赤外線カメラによって生体に取付けられた赤外線マーカの動きを検出する。赤外線マーカは、生体における呼吸の周期及び位相と対応する周期及び位相で周期的な動きをする。放射線治療装置３は、放射線治療装置制御装置１の制御によって生体に放射線を照射する際に、検出された赤外線マーカの動きから、当該マーカの周期的な動きにおける位相を抽出し、抽出した位相のデータを呼吸位相に係る情報として放射線治療装置制御装置１へ通知する。そして、放射線治療装置制御装置１は、初期設定ＣＴ画像データ群、異なる呼吸位相、複数の回転角度による放射線投影画像に基づいて、ＣＴ画像データを生成する。
【００２３】
図２は同実施形態による放射線治療装置制御装置の構成を示すブロック図である。
図２において、符号１は、線源と当該線源に対向する位置に配されたセンサアレイとの間に配置された生体へ、線源から照射軸に沿って放射線を照射して生体の患部を治療する放射線治療装置３を制御する放射線治療装置制御装置である。
ここで線源とは、診断用Ｘ線源または治療用放射線照射装置を意味する。
図２に示すように、放射線治療装置制御装置１は、ＣＴ画像選択部１０２、再構成画像生成部１０３、放射線投影画像生成部１０４、呼吸位相判定部１０５、患部追尾処理部１０６、ＣＴ画像更新部１０７、及び患部位置算出部１０９の各処理部と、各処理部を制御する制御部１０１と、各処理部での処理に利用される情報を記憶するデータベース１０８と、を備えている。
【００２４】
ＣＴ画像選択部１０２は、ＣＴ画像更新部１０７の処理により、更新処理された複数の呼吸位相それぞれについてのＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを選択する処理部である。
再構成画像生成部１０３は、ＣＴ画像データを用いて呼吸位相に応じた再構成画像を複数の前記回転角度ごとに生成する処理部である。
放射線投影画像生成部１０４は、所定の回転角度で線源からセンサアレイ側に放射線を照射した際の患部を写す放射線投影画像を生成する処理部である。
【００２５】
呼吸位相判定部１０５は、複数の呼吸位相ごとの再構成画像と、生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像が示す呼吸位相を、現在の生体の呼吸位相と判定する処理部である。
患部追尾処理部１０６は、時間の経過に従って逐次に生成された放射線投影画像に基づいて判定された呼吸位相の、ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データにおいて予め算出されている患部の位置を、現在の前記患部の位置と判定する処理部である。
ＣＴ画像更新部１０７は、予め生成されてデータベース１０８に記録されている呼吸位相毎の初期設定ＣＴ画像データ群を用いて、更新処理を行い、呼吸位相毎のＣＴ画像データ群（再構成ＣＴ画像データ群）を作成する処理部である。予め生成されてデータベース１０８に記録されている初期設定ＣＴ画像データ群は、他の装置で事前に生成されたものであってもよいし、放射線治療装置制御装置１で事前に生成したものであってもよい。
患部位置算出部１０９は、ＣＴ画像更新部１０７によって更新されたＣＴ画像データにおいて患部の位置を算出する処理部である。
このような処理部やデータベースを備えることにより、本実施形態の放射線治療装置制御装置１は、生体内で移動する患部を精度良く追尾する制御を放射線治療装置に対して行う。
【００２６】
次に、放射線治療装置３を制御する放射線治療装置制御装置１の処理フローについて順を追って説明する。図３は放射線治療装置制御装置の処理フローを示す図である。
以下においては、放射線投影画像は、診断用Ｘ線源２４がセンサアレイ３２へ向けて照射した放射線により生成された放射線投影画像であるものとする。なお、本発明は、他の対向した線源とセンサアレイを用いても同様に成立する。
本処理フローの事前に、体動運動で殆ど移動しない脊髄などの位置に基づいて、初期設定ＣＴ画像データと、当該初期設定ＣＴ画像データに更新処理を行った後の再構成ＣＴ画像データの座標を位置合わせておく。
まず、放射線治療装置制御装置１は、予めデータベース１０８に記録されているＣＴ画像データ群の更新処理を行う。当該更新処理においては、ＣＴ画像更新部１０７は、放射線治療装置３に対して患部位置を含む放射線投影画像の撮影を指示する。
すると、診断用Ｘ線源２４が生体へ放射線を照射し、放射線治療装置制御装置１は、センサアレイ３２で検出した信号や、図示しない赤外線センサで取得した赤外線マーカの周期的な動きにおける位相のデータを受信する。上記のとおり、赤外線マーカの周期的な動きの周期及び位相は、呼吸の周期及び位相と対応しており、赤外線マーカの動きに基づいて算出された呼吸位相を利用して、以下に示すように呼吸位相毎のＣＴ画像を作成する。
【００２７】
そして、ＣＴ画像更新部１０７は、回転角度Ａｎ（ｎ＝１…ｎ）のうちの、１つ目の回転角度に応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像を生成する。ＣＴ画像更新部１０７は、当該生成した放射線投影画像について、回転角度と、放射線を照射した際に赤外線センサで取得された位相のデータから抽出される呼吸位相に係る情報と対応付けて、データベース１０８に記録する（ステップＳ１０１）。
【００２８】
ＣＴ画像更新部１０７では、複数の呼吸位相において、再構成ＣＴ画像データを作成するが、以下においては、１つの呼吸位相(以下、呼吸位相ｐ１と呼ぶ。)における処理を説明する。
また、ＣＴ画像更新部１０７では、ＣＴ画像データを更新するが、初期値として設定されているＣＴ画像データを初期設定ＣＴ画像データと呼び、更新処理によって求めるべきＣＴ画像データまたは当該求めるべきＣＴ画像データを算出する過程のＣＴ画像データを再構成ＣＴ画像データと呼ぶ。
【００２９】
ＣＴ画像更新部１０７は、設定された呼吸位相ｐ１をメモリより読み取る。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、データベース１０８に記録されている初期設定ＣＴ画像データ群の中から、設定された呼吸位相ｐ１に最も近い呼吸位相ｐ１’に対応付けられて記録されているＣＴ画像データＤ１（初期設定ＣＴ画像データ、または再構成ＣＴ画像データ）を選択する（ステップＳ１０３）。その後、データベース１０８に記録された(放射線投影画像、回転角度、呼吸位相)の組み合わせデータのうち、呼吸位相ｐ１に対応付けられて記録されている放射線投影画像と回転角度(回転角度Ａ１)を読み出す（ステップＳ１０４）。
【００３０】
図４は差分情報生成処理の概要を示す図である。
図４において、放射線投影画像Ｅが、ＣＴ画像更新部１０７によって特定された回転角度Ａ１に対応する放射線投影画像を示している。
以下、放射線投影画像Ｅを、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と記載する。
【００３１】
次にＣＴ画像更新部１０７は、選択した再構成ＣＴ画像データを用いて再構成画像を生成する（ステップＳ１０５）。このとき、ＣＴ画像更新部１０７は、回転角度がＡ１で診断用Ｘ線源２４から放射線を投影したと仮定した場合の再構成画像を生成する。
【００３２】
当該再構成画像の生成概要を図４で示している。再構成画像は、例えばＤＲＲ（Digital Reconstructed Radiography）画像を示す。以下、再構成画像をＤＲＲ画像Ｆと呼ぶ。また、ステップＳ１０５によって生成したＤＲＲ画像Ｆを、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と記載する。ＤＲＲ画像Ｆの生成方法は公知の技術である。そして、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）が生成されると、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１の放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）と、生成されたＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の各画素を比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１の場合の差分情報）を生成する（ステップＳ１０６）。
【００３３】
より具体的には、差分情報Ｉｓ（ｘ，ｙ）は、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の輝度値をＩｋ（ｘ，ｙ）とし、ＤＲＲ画像の輝度値をＩｄ（ｘ，ｙ）とすると（ｘ，ｙはそれぞれの画像の画素の原点からのｘ座標、ｙ座標で示される位置を示す）、
Ｉｓ（ｘ，ｙ）＝Ｉｄ（ｘ，ｙ）−Ｉｋ（ｘ，ｙ）
により表すことができる。つまり差分情報は、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）とＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）の各画素の輝度値の差分を示す情報である。ここで、Ｉｓ（ｘ，ｙ）≠０の場合には、当該座標（ｘ，ｙ）で示される画素に対応するセンサアレイ３２の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上において、放射線投影画像（呼吸位相ｐ１、回転角度Ａ１）を生成する元となる実際の生体内の情報と、ＤＲＲ画像（呼吸位相ｐ１、回転角度Ａ１）を生成する元となる再構成ＣＴ画像データとで異なっていることを示している。そして、ＣＴ画像更新部１０７は差分情報を生成するとデータベース１０８に当該差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）を登録する。
【００３４】
差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）が生成されると、ＣＴ画像更新部１０７は、更新対象の再構成ＣＴ画像データＤ１（ＣＴ画像のうちＤＲＲ画像の作成に利用したもの）を読み込む。またＣＴ画像更新部１０７は、差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）を読み込んで、当該差分情報（呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１）においてＩｓ（ｘ，ｙ）≠０である画素ｚを特定する。次に、ＣＴ画像更新部１０７は、再構成ＣＴ画像データＤ１において、当該画素ｚに対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分を表す各画素ｇを特定する（ステップＳ１０７）。またＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１’（前述の、初期設定ＣＴ画像データ群の中で、呼吸位相ｐ１に最も近い呼吸位相）の初期設定ＣＴ画像Ｄ１’をデータベース１０８から読み取る。また輝度更新量算出部１０7は、当該特定した更新対象のＣＴ画像Ｄ１が示す呼吸位相ｐ１’よりも小さい値となる範囲で最も近傍の呼吸位相ｐ２’である初期設定ＣＴ画像Ｄ２’をデータベース１０８から読み取る。さらに輝度更新量算出部１０7は、更新対象のＣＴ画像Ｄ１が示す呼吸位相ｐ１’よりも大きい値となる範囲で最も近傍の呼吸位相ｐ３’である初期設定ＣＴ画像Ｄ３’をデータベース１１１から読み取る。上記のとおり、呼吸位相ｐ２’、ｐ３’は、呼吸位相ｐ１’よりも大小それぞれの範囲における最も近傍の呼吸位相であるから、ＣＴ画像Ｄ２’，Ｄ１’，Ｄ３’は、初期設定ＣＴ画像データ群において連続する３つの呼吸位相に対応する初期設定ＣＴ画像である。
【００３５】
図５は画素の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の概要を示す図である。
図５で示すように、ＣＴ画像更新部１０７は、特定した初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の各画素ｇのうちの１つの画素ｇ１と、初期設定ＣＴ画像Ｄ２’（呼吸位相ｐ２’）における画素ｇ１に対応する画素ｇ１ａとの輝度差の絶対値ｄ１を算出する。また、ＣＴ画像更新部１０７は、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の１つの画素ｇ１と、初期設定ＣＴ画像Ｄ３’（呼吸位相ｐ３’）における画素ｇ１に対応する画素ｇ１ｂの輝度差の絶対値ｄ２を算出する。そしてＣＴ画像更新部１０７は、それら絶対値ｄ１と絶対値ｄ２のうち、大きい値を、当該画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）として特定する（ステップＳ１０８）。
【００３６】
ここで、直線Ｌを、Ｌ（ｔ）＝（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とし、ｔを、０＜ｔ＜１と定義する。
また、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１の輝度値を、Ｄ１’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
同様に、初期設定ＣＴ画像Ｄ２’（呼吸位相ｐ２’）の画素ｇ１ａの輝度値を、Ｄ２’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
同様に、初期設定ＣＴ画像Ｄ３’（呼吸位相ｐ３’）の画素ｇ１ｂの輝度値を、Ｄ２’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とする。
すると、変化量Ｓ（ｔ）は、下記式（１）により表すことができる。ここで、ｍａｘは引数のうち、最大値をとる関数、ａｂｓは引数の絶対値をとる関数である。このＳ（ｔ）が再構成ＣＴ画像データ中の画素の輝度値の変化のしやすさであり、ここでは、呼吸位相が変化した際の輝度の変化量を輝度の変化のしやすさとみなしている。
【００３７】
【数１】
【００３８】
以上の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理とする。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、当該画素ｚに対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分を表すものとして特定される複数の画素ｇにおいて同様の算出処理を行う。なお、解像度を向上させるためには、本算出処理は全ての画素に対して行うことが望ましい。以下は全ての画素において同様の算出処理を行う場合を想定して示す。
以上の説明では、呼吸位相ｐ２’及び呼吸位相ｐ３’の両方を使用しているが、どちらか一方のみを使用しても良い。
ところで、ＣＴ画像更新部１０７は、第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理に代えて、以下の第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理、または第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を用いることによって変化量Ｓ（ｔ）を算出するようにしてもよい。
【００３９】
（第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理）
当該第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理においては、ＣＴ画像更新部１０７は差分情報を読み込んで、当該差分情報においてＩｓ（ｘ，ｙ）≠０である画素を特定する。そして、当該画素に対応するセンサアレイ３２上の放射線検出素子と、診断用Ｘ線源２４と、を結ぶ直線Ｌ上に位置すると推定される部分と対応する各画素ｇ１を、更新対象の再構成ＣＴ画像データＤ１において特定する。ここまでの処理は第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理と同じである。また、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１’の初期設定ＣＴ画像Ｄ１’をデータベース１０８から読み取る。また、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相がｐ１と異なる回転角度で生成された放射線投影画像も含め、回転角度が異なる複数の放射線投影画像をデータベース１０８から読み取る。そして、それら複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用して、ＣＴ画像Ｄ４を生成する。当該複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用したＣＴ画像の生成処理は公知の技術である。
【００４０】
そして、ＣＴ画像更新部１０７は、データベース１０８から読み取った初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１と、複数の回転角度の異なる放射線投影画像を利用して生成したＣＴ画像Ｄ４において画素ｇ１に対応する画素ｇ１ｃとの輝度差の絶対値を、当該画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）として特定する。そして、初期設定ＣＴ画像Ｄ１’（呼吸位相ｐ１’）の画素ｇ１の輝度値をＤ１’（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））、ＣＴ画像Ｄ４の画素ｇ１ｃの輝度値をＤ４（Ｌｘ（ｔ），Ｌｙ（ｔ），Ｌｚ（ｔ））とすると、変化量Ｓ（ｔ）を、下記式（２）により算出することができる。
【００４１】
【数２】
【００４２】
（第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理）
当該第３の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理においては、まず、上記第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理、及び第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を行う。そして、第１の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の結果Ｓａ（ｔ）と、第２の変化量Ｓ（ｔ）の算出処理の結果Ｓｂ（ｔ）とを用いて、
Ｓ（ｔ）＝αＳａ（ｔ）＋βＳｂ（ｔ）
の式により画素ｇ１の変化量Ｓ（ｔ）を算出する。αおよびβは係数であり、例えばα＝０．５、β＝０．５として算出する。
【００４３】
図６は輝度更新量の算出処理の概要を示す図である。
図６（ａ）に示すように、第１〜第３の何れかの変化量Ｓ（ｔ）の算出処理を終了すると、ＣＴ画像更新部１０７は、全ての画素ｇについて算出した変化量Ｓ（ｔ）の総和（ΣＳ（ｔ））を算出する。さらに、ＣＴ画像更新部１０７は、その変化量Ｓ（ｔ）の総和に対して、直線Ｌ上のある部分と対応する１つの画素ｇ１について算出した変化量Ｓ（ｔ）の割合（Ｓ（ｔ）÷ΣＳ（ｔ））を算出する。そして、ＣＴ画像更新部１０７は、当該Ｓ（ｔ）の割合に、画素ｚについて算出された差分情報で示される輝度差Ｉｓを乗じる。このようにして、当該画素ｚについて算出された輝度差で示される差分の情報を、ＣＴ画像Ｄ１の直線Ｌ上であると推定された部分と対応する１つの画素ｇ１に配分した値となる輝度更新量候補値を算出する。この輝度更新量候補値をＲ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。この処理を直線Ｌ上の全ての画素gについて行なう（ステップＳ１０９）。
【００４４】
輝度更新量候補値の処理を終了すると、ＣＴ画像更新部１０７は、センサアレイ３２上の全ての放射線検出素子（画素）について輝度更新量候補値を算出したかを判定し（ステップＳ１１０）、算出していない場合には、上記ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９の処理を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１１０においてＹｅｓの場合には、ＣＴ画像更新部１０７は、対象となる呼吸位相ｐ１に対応付けられデータベース１０８に記録されている全ての回転角度についての処理を行ったかを判定する（ステップＳ１１１）。ＣＴ画像更新部１０７は、対象となる呼吸位相ｐ１に対応付けられデータベース１０８に記録されている全ての回転角度についての処理を行っていない場合には、回転角度Ａ１を変更して、次の回転角度Ａ２を設定して、当該回転角度Ａ２の放射線投影画像を用いた上述のステップＳ１０３〜ステップＳ１１０の処理の開始を指示し、回転角度Ａｎまでこれを繰り返す。以上の処理により、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１〜Ａｎの複数の差分情報と、呼吸位相ｐ１，回転角度Ａ１〜Ａｎの組合せごとの再構成ＣＴ画像データＤ１内の画素の輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）がデータベース１０８に記録されることとなる。
【００４６】
次に、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１について、回転角度Ａ１〜Ａｎごとに算出した、再構成ＣＴ画像データＤ１内の各画素についての輝度更新量候補値を用いて、再構成ＣＴ画像データＤ１における、輝度更新量候補値が算出された各画素の輝度更新量を算出する（ステップＳ１１２）。
【００４７】
より具体的には、図６（ｂ）で示すように、ＣＴ画像更新部１０７は、呼吸位相ｐ１の再構成ＣＴ画像データＤ１内の画素について、回転角度Ａ１〜Ａｎごとに算出された輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）の平均を、輝度更新量として算出する。
【００４８】
または、ＣＴ画像更新部１０７は、ステップＳ１１１の判定に基づいて回転角度Ａ１〜Ａｎの繰り返しの処理ごとにステップＳ１０１で生成した放射線投影画像が異なる呼吸位相のタイミングで生成されている場合には、再構成ＣＴ画像データＤ１が示す呼吸位相に最も近い呼吸位相のタイミングで生成された放射線投影画像を用いてステップＳ１０２〜ステップＳ１０９の処理が行われた場合の輝度更新量候補値Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）の重みが最も重くなるようにして重み付けを行って、輝度更新量を算出するようにしてもよい。例えば、再構成ＣＴ画像データＤ１が示す呼吸位相をｐ、回転角度Ａｉ、呼吸位相がｐｉの放射線投影画像を利用して算出した輝度更新量候補値をＲｉとすると、再構成ＣＴ画像データＤ１内の輝度更新量候補値が算出された画素ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）の輝度更新量Ｄを、
【００４９】
【数３】
【００５０】
により算出する。ここで式（３）におけるΩは、Ω＝Σωｉを示しており、たとえば、ωｉは
【００５１】
【数４】
【００５２】
である。
ＣＴ画像更新部１０７は、再構成ＣＴ画像データＤ１内の輝度更新量候補値が算出された各画素について算出した輝度更新量Ｄを、対象となる呼吸位相ｐ１の再構成ＣＴ画像データＤ１内の対応する画素の値に加算して、当該再構成ＣＴ画像データＤ１の各画素の値を更新する（ステップＳ１１３）。次に、ＣＴ画像更新部１０７は、更新処理後の再構成ＣＴ画像データＤ１と、更新前の再構成ＣＴ画像データＤ１’とを比較する。この比較処理においては、更新処理後の再構成ＣＴ画像データＤ１のある画素と、当該ある画素に対応する更新前の再構成ＣＴ画像データＤ１’の画素の輝度差を、全ての対応する画素について算出し、その総和が閾値未満かを判定する（ステップＳ１１４）。そして、閾値未満であれば、ＣＴ画像更新部１０７は、当該更新処理後のＣＴ画像Ｄ１により処理終了と判定する。閾値以上である場合には、ＣＴ画像更新部１０７は、ステップＳ１０４からの処理を繰り返す。繰り返しの処理においては、更新処理後の再構成ＣＴ画像データが利用されることとなる。
【００５３】
また、ステップＳ１１４において、閾値未満である場合には、ステップＳ１０２〜ステップＳ１１４の処理を再構成ＣＴ画像データ作成対象である全ての呼吸位相ｐｍ（ｍ＝１…ｍ）について行ったかを判定し（ステップＳ１１５）、行っていない場合には、他の呼吸位相についてステップＳ１０１〜ステップＳ１１４の処理を行う。これにより、再構成ＣＴ画像データ作成対象である全ての呼吸位相ｐｍについての再構成ＣＴ画像データの更新処理が終了する。
【００５４】
ここで、上述のＣＴ画像の更新処理によれば、事前に作成され、データベース１０８に記録されたＣＴ画像データ群(初期設定ＣＴ画像データ群)を用いてデータを更新する処理を行っているため、新たに生成した放射線投影画像を用いて、上述の更新処理を行うだけで、短時間で画質のよいＣＴ画像を得ることができる。そして、この画質のよいＣＴ画像を用いて、患部の追尾処理を行うことによって、精度高く患部位置へ放射線を照射することができるようになる。
【００５５】
また、上述の処理によれば、輝度更新量候補値が算出された各画素についてのみ輝度更新量を算出し、当該輝度更新量によりＣＴ画像の更新処理を行っているため、輝度更新量候補値が算出されない画素については更新処理を行う必要がない。従って、更新処理を行わない画素分だけ、更新処理を完了するまでの時間を短縮することができる。
【００５６】
図７は患部追尾処理時の処理フローを示す図である。
図８は患部追尾処理の概要を示す図である。
ＣＴ画像データ群の更新処理が終了すると（ステップＳ２０１）、ユーザは、任意の呼吸位相または全ての呼吸位相について更新処理されたＣＴ画像において患部の範囲を特定する。当該患部のＣＴ画像中の範囲の情報は、データベース１０８にＣＴ画像の識別情報に対応付けられて登録される。そしてユーザは、患部位置の特定完了を、放射線治療装置制御装置１へ入力する。なお、任意の呼吸位相について更新処理されたＣＴ画像のみ、患部の範囲の情報がユーザによって特定された場合には、当該患部位置の特定完了の入力を検出した患部位置算出部１０９は、患部の範囲が特定されていない他の呼吸位相のＣＴ画像において患部の範囲を特定する。そして患部の範囲が特定されたＣＴ画像中の当該患部の範囲の中心の座標の情報を、ＣＴ画像の識別情報に対応付けてデータベース１０８へ登録する。ユーザによって患部の範囲が特定されていない呼吸位相における患部の特定処理では、患部位置算出部１０９は、ユーザにより選択された患部範囲の画素データをＣＴ画像中から読取り、当該画素データと類似する範囲を、他の位相のＣＴ画像中において検索処理することにより、対象とする呼吸位相のＣＴ画像中の患部の範囲を特定する。そして患部位置算出部１０９は、それら特定したＣＴ画像中の患部の範囲の中心座標Ｃを、患部位置として算出する。ユーザにより選択された患部範囲Ｔの座標の輝度値をｃ（ｘ，ｙ，ｚ）（但し、（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｔ）、他の位相のＣＴ画像中の患部範囲に相当する範囲の画素の輝度値をｃ’（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、
【００５７】
【数５】
【００５８】
が最小となるような前記中心座標Ｃに対応する座標（ｐ，ｑ，ｒ）を求め、この座標（ｐ，ｑ，ｒ）をユーザが選択した患部範囲Ｔからの移動量とし、他の位相のＣＴ画像の患部範囲に相当する範囲の中心座標を患部位置として算出する。
【００５９】
次にＣＴ画像選択部１０２は、更新処理後のＣＴ画像データ群の中からＣＴ画像を、複数の呼吸位相それぞれについて選択する。そして、再構成画像生成部１０３は、更新対象となるそれら複数のＣＴ画像を用いて、選択されたＣＴ画像と同じ呼吸位相におけるＤＲＲ画像を、複数の回転角度について生成する（ステップＳ２０２）。また、再構成画像生成部１０３は、選択された全ての呼吸位相のＣＴ画像に基づいて、同様に、更新対象のＣＴ画像を読み取って、それぞれの呼吸位相のＤＲＲ画像を複数の回転角度ごとに生成する（図８（ａ）参照）。当該ＤＲＲ画像は、再構成画像生成部１０３によってデータベース１０８に記録される。そして、再構成画像生成部１０３は、ＤＲＲ画像を生成し、データベース１０８に記録する毎に、対象とする全ての呼吸位相についてのＤＲＲ画像を回転角度ごとに生成したかを判定し（ステップＳ２０３）、生成した場合には次のステップへ進む。
【００６０】
放射線治療装置制御装置１は、上述の更新処理後のＣＴ画像データ群を利用して生成された複数の回転角度ごとの呼吸位相に応じたＤＲＲ画像を用いて、患部の追尾処理を行う。そして放射線治療装置制御装置１は、当該追尾した患部に対して放射線照射を行うように放射線治療装置３を制御する。
当該患部の追尾処理において放射線投影画像生成部１０４は、ＣＴ画像データ群が生成された際と同じように、放射線治療装置３のカウチ４１上の位置に固定された生体の放射線投影画像の生成を開始する。すると、放射線投影画像生成部１０４は、放射線治療装置３に対して患部位置を含む所定の複数の回転角度の放射線投影画像の撮影を指示する。例えば、当該所定の複数の回転角度を第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊとする。ここで、当該第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊは、ステップＳ２０２において生成したＤＲＲ画像の何れかが示す回転角度に一致した値であるとする。
【００６１】
次に放射線治療装置３は、第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊにおいて生体へ放射線を照射する。また放射線治療装置制御装置１が、当該放射線の照射に基づいてセンサアレイ３２で検出した信号を受信する。そして放射線投影画像生成部１０４は、走行ガントリ１４の第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊそれぞれに応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像を生成し（ステップＳ２０４）、データベース１０８に記録する（図８（ｂ）参照）。なお、放射線治療装置制御装置１は、放射線治療が終了するまで、放射線治療装置３に対して放射線投影画像の撮影の指示を所定の時間間隔ごとに行い、放射線治療装置３から受信した情報に基づいて、所定の時間間隔ごとに放射線投影画像の生成処理を繰り返す。当該放射線投影画像は、放射線投影画像生成部１０４によってデータベース１０８に記録される。
【００６２】
第１回転角度Ａｉ，第２回転角度Ａｊそれぞれに応じた生体の患部位置を含む放射線投影画像の生成が完了すると、呼吸位相判定部１０５が、当該生成した放射線投影画像と、予め生成された回転角度ごとの呼吸位相に応じたＤＲＲ画像を用いて、現在の生体の呼吸位相を判定する。具体的には、まず、呼吸位相判定部１０５が、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像と、当該回転角度Ａｉの画像として生成された複数の呼吸位相の異なるＤＲＲ画像をデータベース１０８から読取る。また、呼吸位相判定部１０５は、第２回転角度Ａｊの放射線透視画像と、当該回転角度Ａｊの画像として生成された複数の呼吸位相の異なるＤＲＲ画像をデータベース１０８から読取る。そして、呼吸位相判定部１０５は、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像と当該第１回転角度Ａｉにおける呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との比較を行う。また呼吸位相判定部１０５は、第２回転角度Ａｊの放射線透視画像と当該第２回転角度Ａｊにおける呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との比較（図８（ｂ），（ｃ）参照）を行う。そして呼吸位相判定部１０５は、それら比較の処理によって、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出する（ステップＳ２０５）。
【００６３】
ここで、第１回転角度Ａｉの放射線透視画像をＩｋ（ｘ，ｙ）とし、回転角度ＡｉのＤＲＲ画像のうち呼吸位相ｐのＤＲＲ画像をＩｄ（ｘ，ｙ，ｐ）とする。また第２回転角度Ａｊの放射線透視画像をＩ’ｋ（ｘ’，ｙ’）とし、回転角度ＡｊのＤＲＲ画像のうち呼吸位相ｐのＤＲＲ画像をＩ’ｄ（ｘ’，ｙ’，ｐ）とする。そして、呼吸位相判定部１０５は、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を、下記式（６）により算出する。
【００６４】
【数６】
【００６５】
また、呼吸位相判定部１０５は放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を、複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）について、式（６）を用いて算出する。そして呼吸位相判定部１０５は、各呼吸位相について算出した誤差のうち最も小さい誤差を算出した場合の呼吸位相を、現在の呼吸位相と判定する（ステップＳ２０６）。
【００６６】
上記の式（６）は、放射線透視画像とＤＲＲ画像の画像全体の画素の輝度差を、画像内の全ての画素について算出し、算出された各画素の輝度差の総和を用いて、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出している。しかしながら呼吸位相判定部１０５は、輝度差の大きい画素範囲のみの総和を用いて、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出するようにしてもよい。例えば、回転角度Ａｉを示す複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）それぞれのＤＲＲ画像を比較して、同一の位置の画素についての最大輝度と最小輝度との差が閾値Ｃ以上の画素を、輝度差の大きい画素範囲候補として特定する。そして、呼吸位相判定部１０５は、例えば、当該画素範囲候補として特定された画素の纏まりによって構成される範囲が所定の面積以上であれば、当該画素範囲候補を輝度差の大きい画素範囲Ｓに含まれると判定する。また同様に回転角度Ａｊを示す複数の呼吸位相ｐ（ｐ＝１…ｐｍ）それぞれのＤＲＲ画像を比較して、当該回転角度Ａｊにおける各ＤＲＲ画像の輝度差の大きい画素範囲Ｓ’を判定する。そして、式（７）により、放射線投影画像と呼吸位相ｐのＤＲＲ画像との誤差を算出する。
【００６７】
【数７】
【００６８】
以上により、放射線投影画像を生成した際の生体の呼吸位相を特定することができる。また、患部位置追尾処理部１０６は特定した呼吸位相のＣＴ画像について予め算出されている患部の座標をデータベース１０８から読取り、当該座標を患部位置として特定する（ステップＳ２０７）。また患部追尾処理部１０６は、特定した患部位置の座標を放射線治療装置３へ出力する（ステップＳ２０８）。これにより、放射線治療装置３は患部位置の座標に対応する空間座標に放射線が当たるよう制御して、放射線を照射する。そして、患部追尾処理を終了するかを判定し（ステップＳ２０９）、患部追尾処理を終了する（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２０２の処理から繰り返す。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の処理によれば、治療時に逐次生成した放射線投影画像と、ＤＲＲ画像とを用いて現在の呼吸位相を逐次特定し、当該特定した呼吸位相に応じたＣＴ画像について予め特定されている患部位置を、現在の患部位置と特定するので、生体内で移動する患部を追尾する精度の向上を図ることができる。
【００７０】
上記実施例では、放射線投影画像は放射線治療装置に具備した線源及びセンサアレイをもとに作成する場合を例に取り示した。しかし、放射線投影画像は、例えば放射線治療装置とは別に具備した診断装置（ＣＴ，ＭＲＩ）により作成したものでも構わない。
なお、上述の放射線治療装置制御や放射線治療装置は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００７１】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・放射線治療装置制御装置
３・・・放射線治療装置
１０１・・・制御部
１０２・・・ＣＴ画像選択部
１０３・・・再構成画像生成部
１０４・・・放射線投影画像生成部
１０５・・・呼吸位相判定部
１０６・・・患部追尾処理部
１０７・・・ＣＴ画像更新部
１０８・・・データベース
１０９・・・患部位置算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置であって、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択部と、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成部と、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成部と、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定部と、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理部と、
を備えることを特徴とする放射線治療装置制御装置。
【請求項２】
前記放射線投影画像生成部は、複数の前記所定の回転角度についての放射線投影画像を生成し、
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の差分の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項３】
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の全画素の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項４】
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の画素のうち、体動位相が変化した際に輝度変化の大きい画素範囲の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項５】
体動位相ごとに予め生成されたＣＴ画像データ群の中から、設定された体動位相のＣＴ画像データを、更新対象のＣＴ画像データとして選択し、
前記回転角度それぞれに応じた放射線投影画像を生成し、当該放射線投影画像とこの放射線投影画像の生成時に前記線源及び前記センサアレイを回転させた際の回転角度と前記放射線投影画像の生成時の体動位相とを対応付けて記録し、
前記放射線投影画像の生成時の前記回転角度を検出し、
前記更新対象のＣＴ画像データを、前記検出した回転角度で前記線源側から前記センサアレイ側に投影した場合の再構成画像を生成し、
前記放射線投影画像の各画素と前記生成した再構成画像の各画素とを比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報を生成し、
前記線源と前記センサアレイの検出素子とを結ぶ直線上の画素を、前記更新対象のＣＴ画像データにおいて特定し、当該特定した画素の輝度値における変化のしやすさと前記差分情報に基づいて、輝度更新量候補値を当該特定した画素それぞれについて算出するとともに、対象とする体動位相に対応する複数の前記回転角度について算出した当該特定した画素それぞれの前記輝度更新量候補値を用いて、当該特定した画素それぞれの輝度更新量を算出し、
前記特定した画素それぞれの輝度更新量を用いて、前記更新対象のＣＴ画像データの対応する各画素の輝度値を更新する
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項６】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置の処理方法であって、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択し、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成し、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成し、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定し、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項７】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータを、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択手段、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成手段、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成手段、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定手段、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置であって、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択部と、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成部と、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成部と、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定部と、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理部と、
を備えることを特徴とする放射線治療装置制御装置。
【請求項２】
前記放射線投影画像生成部は、複数の前記所定の回転角度についての放射線投影画像を生成し、
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の差分の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項３】
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の全画素の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項４】
前記体動位相判定部は、
前記再構成画像と前記放射線投影画像との比較において、複数の前記所定の回転角度についての同一の体動位相の再構成画像及び放射線投影画像の画素のうち、体動位相が変化した際に輝度変化の大きい画素範囲の輝度差の合計値が最も少ない場合の当該比較に用いた再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項５】
体動位相ごとに予め生成されたＣＴ画像データ群の中から、設定された体動位相のＣＴ画像データを、更新対象のＣＴ画像データとして選択し、
前記回転角度それぞれに応じた放射線投影画像を生成し、当該放射線投影画像とこの放射線投影画像の生成時に前記線源及び前記センサアレイを回転させた際の回転角度と前記放射線投影画像の生成時の体動位相とを対応付けて記録し、
前記放射線投影画像の生成時の前記回転角度を検出し、
前記更新対象のＣＴ画像データを、前記検出した回転角度で前記線源側から前記センサアレイ側に投影した場合の再構成画像を生成し、
前記放射線投影画像の各画素と前記生成した再構成画像の各画素とを比較して、それら各画素についての輝度差を示す差分情報を生成し、
前記線源と前記センサアレイの検出素子とを結ぶ直線上の画素を、前記更新対象のＣＴ画像データにおいて特定し、当該特定した画素の輝度値における変化のしやすさと前記差分情報に基づいて、輝度更新量候補値を当該特定した画素それぞれについて算出するとともに、対象とする体動位相に対応する複数の前記回転角度について算出した当該特定した画素それぞれの前記輝度更新量候補値を用いて、当該特定した画素それぞれの輝度更新量を算出し、
前記特定した画素それぞれの輝度更新量を用いて、前記更新対象のＣＴ画像データの対応する各画素の輝度値を更新する
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の放射線治療装置制御装置。
【請求項６】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置の処理方法であって、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択し、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成し、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成し、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定し、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する
ことを特徴とする処理方法。
【請求項７】
線源とセンサアレイとの間に配置された生体に前記線源から放射線を照射して前記生体の患部を治療する放射線治療装置、を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータを、
前記生体の複数の体動位相ごとに生成されたＣＴ画像データ群の中から、ＣＴ画像データを前記複数の体動位相それぞれについて選択するＣＴ画像選択手段、
前記選択されたＣＴ画像データを用いて前記体動位相に応じた再構成画像を、前記線源及び前記センサアレイの回転角度ごとに生成する再構成画像生成手段、
前記回転角度が所定の回転角度である場合に前記放射線を前記線源側から前記センサアレイ側へ照射した際の前記患部を写す放射線投影画像を生成する放射線投影画像生成手段、
前記複数の体動位相ごとの再構成画像と、前記生成した放射線投影画像とを比較して、それら画像を構成する画素の輝度の差分が少ない再構成画像の示す体動位相を、現在の前記生体の体動位相と判定する体動位相判定手段、
前記現在の生体の体動位相の前記ＣＴ画像データ群内のＣＴ画像データについて予め算出されている患部の位置を特定し、現在の前記患部の位置と判定する患部追尾処理手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９６２６０（Ｐ２０１２−１９６２６０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６１０２４（Ｐ２０１１−６１０２４）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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